瀝青混凝土裂縫修補結構性能研究進展

楊雁

摘要：為了進一步推進瀝青混凝土路面裂縫修補技術的發(fā)展，綜述了國內瀝青混凝土裂縫修補結構性能的研究進展。首先將目前常用的裂縫修補材料分為熱用瀝青、專用材料與化學灌漿類材料三類;其次對瀝青混凝土裂縫修補結構的力學性能和耐久性能進行了梳理。基于此提出裂縫修補結構性能研究存在的問題，并提出展望。

關鍵詞：瀝青混凝土裂縫修補結構;修補材料;力學性能;耐久性能

Abstract： In order to further promote the development of asphalt concrete pavement crack repair technology， the research progress of asphalt concrete crack repair? structure performance at home and abroad is summarized. Firstly， the commonly used crack repair materials are divided into three categories： hot asphalt， special materials and chemical grouting materials. Secondly， the mechanical properties and durability of asphalt concrete crack repair structure are combed. Based on this， the problems existing in the research of fracture repair structure performance are put forward， and the prospect is put forward.

0? 引言

瀝青是21世紀道路的主要建設材料之一，它具有足夠的力學強度，行車平穩(wěn)舒適等特點，因此世界各國高等級公路路面均選擇采用瀝青混凝土路面，特別是高速公路。根據(jù)我國交通運輸部公布數(shù)據(jù)顯示，2020年我國高速公路總里程已達到15萬公里，95%以上是瀝青混凝土路面。由于瀝青混凝土路面一般用于鋪筑路面的面層，在使用過程中長期經受著車輛荷載與自然環(huán)境的綜合作用和影響，極易出現(xiàn)各種早期病害，如裂縫、車轍、坑槽等。其中裂縫是瀝青混凝土路面出現(xiàn)最多，也是最主要的病害，因此眾多瀝青混凝土路面是在進行早期裂縫修補后以裂縫修補結構的形式繼續(xù)工作。所以裂縫修補結構的性能對公路的服役壽命有著極大的影響，其性能研究在工程中有著極大的需求。

本文基于國內外學者的研究成果，總結了三種常用裂縫修補材料，對比分析了常見的瀝青混凝土裂縫修補結構的力學性能與耐久性能。旨在為瀝青混凝土路面的裂縫修補，延長瀝青混凝土路面的使用壽命提供參考。

1? 瀝青混凝土裂縫修補結構概念

瀝青混凝土裂縫修補結構是指進行裂縫修補后的瀝青混凝土與修補材料組合而成的結構。我們判斷瀝青混凝土裂縫修補的成功與否，不能只考慮修補材料的性能，應從整體方法論出發(fā)，考慮修補后組合結構的整體性能[1]。整體性能研究一般包括力學性能與耐久性能，主要為抵抗彎曲開裂性能、劈裂抗拉性能、抗剪切破壞性能、耐腐蝕性能與疲勞破壞性能。

2? 裂縫修補材料研究

瀝青混凝土路面裂縫是瀝青路面的一個重要病害，受到各國交通管理部門的高度重視，國內外諸多學者對瀝青路面裂縫修補展開了研究，研制出了種類繁多的裂縫修補材料。本文將現(xiàn)有裂縫修補材料歸納為熱用瀝青類、專用材料與化學灌漿材料來進行歸納介紹。

2.1 熱用瀝青類材料

熱用瀝青類材料主要包括熱瀝青、SBS改性瀝青、SBR改性瀝青以及橡膠改性瀝青等[2]。熱瀝青在使用過程中難以滿足高粘彈性、高拉伸強度等性能，研究學者選擇在瀝青中加入改性劑來改變?yōu)r青的性能，目前使用較多的改性劑主要有丁苯橡膠（SBR）、聚乙烯（PE）、苯乙烯丁二烯嵌段共聚物（SBS）、EVA樹脂等[3]。有關學者[4-6]通過研究發(fā)現(xiàn)加入改性劑后瀝青就有更好的高低溫性能、水穩(wěn)定性能及耐老化性能等，更能滿足作為修補材料的要求。

熱用瀝青類修補材料具有材料較易獲取，施工操作簡單，修補成本低等優(yōu)點，在日常路面工程裂縫修補中也得到較多的應用。

2.2 專用材料

瀝青混凝土路面裂縫修補專用材料在常溫下一般為固體，在裂縫修補前進行加熱融化，灌入裂縫中，滲透到瀝青混凝土粘結成整體，主要代表有樹脂類密封膠與自流平有機硅樹脂[7]。專用材料的抗老化性能與高低溫性能皆優(yōu)于基質瀝青與各改性瀝青，修補效果好，使用壽命長，但因為成本昂貴，一般用于高等級公路路面的修補，應用范圍較小。

2.3 化學灌漿材料

化學灌漿材料具有良好的滲透性，能較好的滲入到裂縫底部，且具有良好的粘結強度。近年來諸多的學者對化學灌漿類修補材料進行了研究。目前常用的主要有環(huán)氧樹脂系列、聚氨酯系列、丙烯酸鹽系列等化學灌漿類材料。各類化學灌漿材料與其他修補材料相比，具有粘結強度高、抗老化性能高、水穩(wěn)定性能好、價格低廉等優(yōu)勢，且在實踐中可根據(jù)不同的工程需要，對化學灌漿材料進行適當?shù)母男裕沽芽p修補結構達到最佳的性能，在工程中應用范圍較廣。

3? 瀝青混凝土裂縫修補結構性能研究現(xiàn)狀

3.1 力學性能研究

由瀝青混凝土裂縫修補組合結構基本力學性能的究主要包括劈裂抗拉性能、抵抗彎曲抗裂性能、抵抗剪切破壞性能等。

王剛[8]模擬6mm小裂縫與12mm中裂縫，選用90#瀝青、SBS改性瀝青與橡膠粉改性瀝青作為修補材料分別制備修補結構試件，探討了修補結構在低溫條件下的剪切變形破壞規(guī)律，發(fā)現(xiàn)三種組合結構的剪切變形都隨著溫度的降低而變小，其中橡膠粉改性瀝青作為修補材料的變形優(yōu)于其他兩種材料。

于飛[9]從界面強度和抵抗行車荷載兩方面了研究了以基質瀝青、改性瀝青、灌縫膠為修補材料的修補結構的性能，試驗結果表明，灌縫膠與基體組成的修補結構在不同溫度下抵抗車載剪切的性能最好。李強[10]研究了裂縫修補專用材料、熱用瀝青類材料、化學灌漿類材料三者分別與瀝青混凝土基體組成的組合體系的抗剪性能與抗拉性能，并進行了室外驗證，結果表明專用材料——瀝青混凝土裂縫修補結構具有更為優(yōu)異的低溫抗裂性和抗剪切破壞性能，使用壽命更長，特別適用于夏季高溫地區(qū)高等級瀝青路面裂縫修補。

龐綺玲[11]等采用EA/PU IP[12]修補材料制備修補結構，研究修補材料與瀝青混凝土基體的力學相容性，結果表明在低溫條件下，修補材料與瀝青混凝土基體有較好的抗彎拉與劈裂抗拉性相容性。文獻[13]的研究也發(fā)現(xiàn)用環(huán)氧改性聚氨酯材料作為修補材料制備的組合結構在低溫下條件下抵抗彎曲開裂性能較好

除了傳統(tǒng)的試驗方法，也有部分學者利用有限元軟件對修補結構的力學性能進行了建模分析。池漪[14，15]利用MIDAS軟件進行修補結構建模分析，研究了最不利加載情況下，裂縫修補處的變形與應力云圖，根據(jù)分析結果，可從理論上估計修補材料與基體有較好的相容性。黃亞琴[16]建模對比分析了裂縫修補結構在不同縫寬、溫度及荷載作用下的應力，得出了結構在使用過程中可能達到的最大應力值。

3.2 耐久性能研究

瀝青混凝土裂縫修補結構除需滿足基本力學性能，耐久性能也是評價修補結構的重要指標之一。

張輝、王亞曉等[17，13]研究了環(huán)氧樹脂類修補結構的凍融耐久性，發(fā)現(xiàn)環(huán)氧樹脂比聚氨酯和熱瀝青類修補結構有更好的凍融循環(huán)耐久性。長安大學[18]研究發(fā)現(xiàn)在不同濕度、油污及腐蝕處理條件下，自制灌縫膠與瀝青混凝土基體都具有較高的黏附強度，證明了修補結構具有良好的抗腐蝕性。

邢德兆[19]通過剪切疲勞試驗與輪載疲勞對路面裂縫EA/PU IP[12]修補結構試行了耐久性測試，結果表明EA/PU IP與瀝青混凝土基體有著良好的耐久性能相容性，在常溫下，修補結構抵抗剪切疲勞荷載的性能要優(yōu)于原狀結構。西南交通大學[20]采用普通乳化瀝青、高粘彈改性乳化瀝青和樹脂乳化瀝青3種乳化瀝青作為裂縫修補材料，探明了修補材料與瀝青混凝土基體界面縫的疲勞變化規(guī)律，建立了界面縫疲勞壽命對數(shù)與試驗頻率、試驗溫度和應變水平擬合回歸模型，據(jù)此模型，可根據(jù)道路交通狀況和外界環(huán)境來推斷修補后路面使用壽命。

4? 結論與展望

瀝青混凝土路面裂縫修補結構性能的研究對于提高瀝青混凝土路面養(yǎng)護品質，降低維修成本具有十分重要的意義。目前，國內外諸多學者修補結構的力學性能與耐久性能進行了一定的研究，但仍存在以下幾個問題：①對修補結構的性能研究主要集中在力學性能研究，對結構的耐久性能的還需進一步深入研究。②研究主要集中在單一因素作用下修補結構性能的變化，鮮少模擬修補結構真實服役條件，探索在自然環(huán)境介質與荷載耦合作用下結構的性能變化規(guī)律。③到目前為止尚沒有統(tǒng)一的瀝青混凝土裂縫修補實施準則，也沒有一套完整的裂縫修補結構評價指標。

相信通過不停的探索與研究，瀝青混凝土裂縫修補將逐漸朝著規(guī)模化、體系化、集成化和規(guī)范化方向發(fā)展，為實現(xiàn)道路交通的可持續(xù)發(fā)展做出重要貢獻。

參考文獻：

[1]蔣正武.基于整體方法論的混凝土修補思考[J].材料導報，2009，23（05）：80-83，95.

[2]張泉，鞠蔚，李春雷.瀝青路面裂縫修補技術的綜合研究[J].交通標準化，2007（11）：60-62.

[3]周元江.路面改性瀝青的發(fā)展綜述[J].四川水泥，2017（02）：64.

[4]張潔.PU/SBR復合改性瀝青及混合料性能研究[J].新型建筑材料，2020，47（05）：155-159，170.

[5]賈文振.SEAM/SBS復合改性瀝青及其混合料性能研究[J].新型建筑材料，2020，47（06）：79-83，116.

[6]王清，李攀.膠粉及PE復合改性瀝青混合料路用性能試驗研究[J].公路交通科技（應用技術版），2018，14（07）：155-157.

[7]薛文，魏連雨，馬士賓，汪東升.瀝青路面基層快速修補材料研究[J].公路交通科技，2007（09）：37-41.

[8]王剛.橡膠粉改性瀝青路面裂縫修補的有效性研究[D].吉林大學，2009.

[9]于飛.基于失效特性的瀝青路面灌縫材料性能研究[D].哈爾濱工業(yè)大學，2013.

[10]李強，倪富健，王文達，馬翔.瀝青路面裂縫修補材料技術性能對比研究[J].公路工程，2013，38（06）：33-37.

[11]龐綺玲.瀝青混凝土路面裂縫修補技術研究[D].中南大學，2013.

[12]尹健，劉海霞，周愛國，王暉，吳昊，陳衛(wèi)東，莊彩虹，劉有才，龐綺玲，宋衛(wèi)民.瀝青混凝土路面裂縫修補材料[P].湖南：CN102827567A，2012-12-19.

[13]王亞曉.環(huán)氧改性聚氨酯材料在半剛性基層瀝青路面既有裂縫修復中的應用研究[D].長沙理工大學，2015.

[14]Chi Y， Yin J. Modeling Analysis of Crack Repairing Structures for Asphalt Concrete Pavement[J]. Advanced Materials Research， 2013， 639-640： 377-381.

[15]池漪，尹健.瀝青混凝土路面裂縫修補組合結構的建模分析[J].中國建材科技，2017，26（03）：96-98.

[16]黃亞琴，張帥，王文達.瀝青路面裂縫修補結構受力分析[J].公路交通科技（應用技術版），2016，12（03）：69-71.

[17]張輝，潘友強，張健，朱雷.大跨徑環(huán)氧瀝青混凝土鋼橋面鋪裝裂縫修復材料性能試驗研究[J].公路，2013，58（12）：36-39.

[18]尹艷平.路面裂縫常溫施工修補材料的制備與性能研究[D].長安大學，2014.

[19]邢德兆.瀝青混凝土路面裂縫EA/PU IP修補組合結構耐久性能相容性研究[J].廣東科技，2016，25（10）：72-74.

[20]邵珠濤.瀝青路面破損接縫修補措施研究與效果評價[D].西南交通大學，2018.